Über die Wirkmechanismen probiotischer Mikroorganismen ist bisher wenig bekannt. Darüber, wie einer der ältesten therapeutisch verwendeten Probiotikastämme, das gram-negative Bakterium E.
coli Nissle 1917, seine positiven Effekte erzielt, gibt es nur wenige Hinweise, die zudem meist aus In-vitro-Untersuchungen stammen. Die wenigen vorhandenen In-vivo-Experimente wurden fast ausschließlich an kleinen Labornagern durchgeführt, die in der Physiologie ihres Magen-Darmtraktes nur wenig Gemeinsamkeiten mit den Haustieren und dem Menschen aufweisen.
Außerdem wurden in einem Großteil der Fälle Krankheitsmodelle verwendet, die nur eingeschränkte Aussagen über die Mechanismen beim gesunden Tier ermöglichen.
Ziel dieser Arbeit war daher, die Wirkung von EcN am Modelltier Schwein zu untersuchen. Das Schwein ist nicht nur im Hinblick auf die Anwendung von probiotischen Keimen interessant, sondern es hat sich zudem speziell zur Untersuchung gastrointestinaler Vorgänge als gutes Modelltier erwiesen.
Der erste Teil der folgenden Untersuchungen sollte zunächst an gesunden Schweinen durchgeführt werden. Nachdem bei unveröffentlichten Arbeiten der hiesigen Arbeitsgruppe an gesunden Tieren keine Anzeichen für eine Wirkung von EcN auf die Elektrophysiologie der Darmmukosa vorlagen,
war es Ziel dieser Versuche, festzustellen, ob und wenn ja, inwieweit die orale Verabreichung von EcN eine Auswirkung auf die Verteilung von mukosalen Immunzellen im Darm gesunder Schweine sowie die Expression verschiedener Zytokine und antimikrobieller Peptide in der Darmmukosa hat.
Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit hatte die Untersuchung der prophylaktischen Wirksamkeit von EcN zum Ziel. Zu diesem Zweck sollte mit der Etablierung eines neuen Infektionsmodells an ETEC-infizierten Absetzferkeln begonnen werden, um damit zum besseren Verständnis positiver Effekte von EcN bei bakteriell bedingten Erkrankungen des Schweins beizutragen.
2 Material und Methode
Eine alphabetisch geordnete Liste der verwendeten Substanzen und Geräte, Lösungs- und Pufferrezepte befindet sich in Anhang II.
Alle im Folgenden beschriebenen Versuche wurden durch den Tierschutzbeauftragten der Tierärztlichen Hochschule geprüft und von der Bezirksregierung des Landes Niedersachsen entsprechend § 8 des Tierschutzgesetzes genehmigt. Die Versuche werden unter der Aktennummer:
509.6-42502-03/720 bei der Bezirksregierung geführt.
2.1 Haltung der Versuchstiere
2.1.1 Versuch mit konventionell gehaltenen Schweinen mit und ohne EcN
Als Versuchstiere dienten 15 abgesetzte Schweine einer Kreuzung der Rassen ” Deutsche Landrasse” und „Pietrain” aus dem Institut für Tierzucht der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft, Braunschweig. Die Tiere hatten zu Versuchsbeginn ein Gewicht von 16 ± 2,7 kg.
Nach der Ankunft im Physiologischen Institut der Tierärztlichen Hochschule wurde jedes Schwein mit Ivermectin 0,3 mg/kg s.c. (Ivomec® 5%, Bayer AG, Leverkusen) entwurmt und erhielt eine Immunprophylaxe mit 2 ml Baypamun® (Bayer AG, Leverkusen) s.c..
Durch eine zweiwöchige Adaptationsphase wurden Erkrankungen auf Grund der veränderten stallspezifischen Flora und des Transportstresses ausgeschlossen. Als Grundfutter diente ein herkömmliches Schweinemastfutter (Zusammensetzung siehe Anhang I), welches auch schon im Herkunftsbetrieb der Tiere gefüttert worden war. Die Tiere erhielten 400 g Futter pro Tag. Zum Ende des Versuchszeitraums wurde die Futtermenge unter Berücksichtigung der Gewichtsentwicklung auf 500 g pro Tag erhöht. Die Fütterung erfolgte zweimal täglich. Sowohl in der Adaptationszeit als auch während des Versuchs standen die Tiere auf Stroh und hatten freien Wasserzugang über eine Selbsttränke.
2.1.2 Infektionsversuche mit und ohne EcN
Für die Infektionsversuche wurden zwei von Ebern der Rasse „Pietrain“ tragende Sauen (Sau I und II) der „Deutschen Landrasse“ vier bis sechs Wochen vor dem Abferkeltermin in den Stallungen des Physiologischen Instituts eingestellt. Die Tiere entstammten dem Bestand des Lehr- und Forschungsgutes der Tierärztlichen Hochschule in Ruthe. Die Sauen wurden auf Stroh gehalten und hatten freien Zugang zu Wasser. Gefüttert wurden sie zweimal am Tag mit einem Sauenmischfutter (Anhang I). Heu stand zur freien Verfügung.
Die Abferkelung erfolgte unter Aufsicht. Beide Sauen erbrachten acht lebende Ferkel. Jedes Ferkel erhielt am dritten und am 18. Lebenstag je 1 ml Eisendextran 20 (Vetoquinol, Oberursel) als subkutane Injektion in die Kniefalte. Ab dem siebten Lebenstag wurde ihnen ein probiotikafreies Ferkelfutter ohne Leistungsförderer (Anhang I) zur freien Aufnahme angeboten. Wasser war jederzeit ad libitum („nach Belieben“) zugänglich.
Die Aufteilung der Würfe in die verschiedenen Versuchsgruppen ist aus Tab. 2 und Tab. 3 ersichtlich.
Tab. 2 Verteilung der Würfe auf die Versuchsgruppen
Ohne E. coli Nissle 1917 (SI2) Mit .E coli Nissle 1917 (SI3) Mit E. coli Abbotstown Sau I = 4 Ferkel Sau II = 4 Ferkel Ohne E. coli Abbotstown Sau I = 4 Ferkel Sau II = 4 Ferkel
Tab. 3 Absetzalter und Gruppenzuordnung einzelner Ferkel Tier
Bezeichnung Sau Absatzalter E. coli Nissle 1917 E. coli Abbotstown
SI2-1 I 21. LT nein nein
SI2-2 I 21. LT nein ja
SI2-3 I 22. LT nein nein
SI2-4 I 22. LT nein ja
SI2-5 I 23. LT nein nein
SI2-6 I 23. LT nein ja
SI2-7 I 24. LT nein nein
SI2-8 I 24. LT nein ja
SI3-1 II 21. LT ja nein
SI3-2 II 21. LT ja ja
SI3-3 II 22. LT ja nein
SI3-4 II 22. LT ja ja
SI3-5 II 23. LT ja nein
SI3-6 II 23. LT ja ja
SI3-7 II 24. LT ja nein
SI3-8 II 24. LT ja ja
Abkürzung: LT = Lebenstag, SI = Schweineinfektionsversuch
Ab dem 21. Lebenstag wurden an vier aufeinander folgenden Tagen jeweils zwei Tiere von der Mutter abgesetzt.
Während der Versuchsdauer waren die Ferkel einzeln in Haustiertransportkisten (Vari-Kennel®
XL, Patmate®,USA) auf staubfreier Weichholzspäne (TierWohl, Super, J. Reppmeier & Söhne, Rosenberg) untergebracht und erhielten weiterhin Ferkelfutter ad libitum. Wasser war frei zugänglich. Zur Deckung des Rohfaserbedarfs und zur Beschäftigung erhielt jedes Tier Heu und Stroh.
Die Transportkisten der Infektions- und Kontrollgruppe wurden in voneinander getrennt gelegenen Räumen des Physiologischen Instituts untergebracht. Es wurde eine Raumtemperatur von 22°C
aufrecht erhalten. Die Versorgung und Beobachtung der Tiere erfolgte ausschließlich durch den Untersucher. Alle Räume wurden nur mit separater Schutzkleidung (Handschuhe, Kittel, Schürze und Gummistiefel) über Wannen mit 2%iger Lysovet® PA-Lösung (Schülke & Mayer, Norderstedt) betreten.